数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 (2)实时周期性任务：这类任务是精确地按一定的事件间隔发生的。主要包括加 工过程中的插补运算、位置处理等任务 为保证加工精度和加工过程的连续性，这类任 务的实时性是关键 这类任务， 除系统故外 不允许被其他任务中断 (3)弱实时性任务：任务的实时性相对较弱，只需要保证在某 一段时间内得以运 行即可。在系统设计时，或被安排在背景程序中或根据重要性设置为级别较低的优先级 由调度程序进行合理的调度。如：显示、加工程序编辑、插补预处理、加工轨迹的动静 态仿直以及加工时程的动态昆示竿。 2.优先抢占调度机制 T满足CNC装置实时任务的要求， 系统的调度机制必须具有能根据外界的实时 信息以足够快的速度（在系统规定的时间内）进行任务调度的能力。优先抢占调度机制 使是系统具有这一能力的调度技术。它是基于实时中断技术的任务调度机制。中断技术 是计算机响应外部事件的一种处理技术，其特点是能按任务的重要程度和轻重缓急对其 进行响应，而CPU也不必为其开销过多的时间 优先抢占调度机制有两 是优先调度：在CPU空闲时 ,若同时有多个 任务请求执行， 犹先级别高的任务将优先执行，例如，若位置控制与插补运算同时请 执行，则位置控制的要求将首先得到满足。其二是抢占方式：在CPU正在执行某任务 时，若另一优先级更高的任务请求执行，CPU将立即终止正在执行的任务，转而响应优 先级别更高的任务的请求，例如，当CPU正在执行插补运算时，此时位置控制任务请 求执行，C「首先将正在执行的任务聊场保护起来（断占保护），然后转入位控制任 务的执行，执行完毕后，再恢复到中断 的断点处， 继续执行插补任务 优先抢占调度机制是由硬件和软件共同实现的，硬件主要产生中断请求信号，由提 供中断功能的芯片和电路组成。如中断管理芯片(8259或功能相同的芯片)，定时计数 器(8263、8254等)等。软件主要完成对硬件芯片的初始化、任务优先级定义方式、任 务切换处理（断点的保护与恢复、中断向量的保持与恢复）等。 需要说明的是CNC系统中任务的调度机制除优先抢占调度外，往往还同时采用时 间片轮换调度和非抢占优先调度。 四、典型的CNC软件结构模式 (一)CNC软件结构概述 CNC系统的软件是为完成NC系统的各项功能而专门设计和绵制的，是数控加工 系统的一种专用软件， 又称为系统件（系统程序 在CNC系统中 软件和硬件在逻辑上是等价的，即由硬件完成的工作原则上也可 以由软件来完成。但是它们各有特点：硬件处理速度快，造价相对较高，适应性差：软 件设计灵活、适应性强，但是处理速度慢。因此，CNC系统中软、硬件的分配比例是 由性能价格比决定的 CNC系统中实时性要求最高的任务就是插补和位置控制，即在一个采样周期内必 须完成控制策略的计算，而且还要留有一定的时间去做其他的事情。CNC系统的插补 器既可以面向软件也可以面向硬件。 归纳其来，主要有以下三种类型 是不用软件插 器，插补完全由硬件完成的CNC系统。 二是由软件插补器完成粗插补， 由硬件插补器 完成精插补的CNC系统。三是带有完全用软件实施的插补器的CNC系统。 上术第一种CNC系统常用单CPU结构实现，它通常不存在实时速度的问颗。由于 插补方法受到硬件的限制，所以其柔性很低 第二科 ,因为精确插 刀具轨迹所需要 的插补，由程序准备并且使之参数化。程序的输出是描述曲线的参数，诸如起点、终点、 速度、插补频率等，这些参数都是由硬件精确插补器输入。 第三种CNC系统需要快速计算出刀具轨迹。具有多轴（坐标）控制的机床，需要 装备专用的CPU的多微处理器机构来完成算术运算。位片式处理器的IVO处理器用加减 兰州交通大学机电工程学院 10数控技术及应用教案及讲稿 上部分：数控技术及编程 兰州交通大学机电工程学院 10 （2）实时周期性任务：这类任务是精确地按一定的事件间隔发生的。主要包括加 工过程中的插补运算、位置处理等任务。为保证加工精度和加工过程的连续性，这类任 务的实时性是关键。这类任务，除系统故障外，不允许被其他任务中断。 （3）弱实时性任务：任务的实时性相对较弱，只需要保证在某一段时间内得以运 行即可。在系统设计时，或被安排在背景程序中或根据重要性设置为级别较低的优先级 由调度程序进行合理的调度。如：显示、加工程序编辑、插补预处理、加工轨迹的动静 态仿真以及加工过程的动态显示等。 2．优先抢占调度机制： 为了满足 CNC 装置实时任务的要求，系统的调度机制必须具有能根据外界的实时 信息以足够快的速度（在系统规定的时间内）进行任务调度的能力。优先抢占调度机制 使是系统具有这一能力的调度技术。它是基于实时中断技术的任务调度机制。中断技术 是计算机响应外部事件的一种处理技术，其特点是能按任务的重要程度和轻重缓急对其 进行响应，而 CPU 也不必为其开销过多的时间。 优先抢占调度机制有两个功能：其一是优先调度：在 CPU 空闲时，若同时有多个 任务请求执行，优先级别高的任务将优先执行，例如，若位置控制与插补运算同时请求 执行，则位置控制的要求将首先得到满足。其二是抢占方式：在 CPU 正在执行某任务 时，若另一优先级更高的任务请求执行，CPU 将立即终止正在执行的任务，转而响应优 先级别更高的任务的请求，例如，当 CPU 正在执行插补运算时，此时位置控制任务请 求执行，CPU 首先将正在执行的任务现场保护起来（断点保护），然后转入位置控制任 务的执行，执行完毕后，再恢复到中断前的断点处，继续执行插补任务。 优先抢占调度机制是由硬件和软件共同实现的，硬件主要产生中断请求信号，由提 供中断功能的芯片和电路组成。如中断管理芯片（8259 或功能相同的芯片），定时计数 器（8263、8254 等）等。软件主要完成对硬件芯片的初始化、任务优先级定义方式、任 务切换处理（断点的保护与恢复、中断向量的保持与恢复）等。 需要说明的是 CNC 系统中任务的调度机制除优先抢占调度外，往往还同时采用时 间片轮换调度和非抢占优先调度。 四、典型的 CNC 软件结构模式 （一）CNC 软件结构概述 CNC 系统的软件是为完成 CNC 系统的各项功能而专门设计和编制的，是数控加工 系统的一种专用软件，又称为系统软件（系统程序）。 在 CNC 系统中，软件和硬件在逻辑上是等价的，即由硬件完成的工作原则上也可 以由软件来完成。但是它们各有特点：硬件处理速度快，造价相对较高，适应性差；软 件设计灵活、适应性强，但是处理速度慢。因此，CNC 系统中软、硬件的分配比例是 由性能价格比决定的。 CNC 系统中实时性要求最高的任务就是插补和位置控制，即在一个采样周期内必 须完成控制策略的计算，而且还要留有一定的时间去做其他的事情。CNC 系统的插补 器既可以面向软件也可以面向硬件。归纳其来，主要有以下三种类型一是不用软件插补 器，插补完全由硬件完成的 CNC 系统。二是由软件插补器完成粗插补，由硬件插补器 完成精插补的 CNC 系统。三是带有完全用软件实施的插补器的 CNC 系统。 上述第一种 CNC 系统常用单 CPU 结构实现，它通常不存在实时速度的问题。由于 插补方法受到硬件的限制，所以其柔性很低。 第二种 CNC 系统通常没有计算瓶颈，因为精确插补由硬件完成。刀具轨迹所需要 的插补，由程序准备并且使之参数化。程序的输出是描述曲线的参数，诸如起点、终点、 速度、插补频率等，这些参数都是由硬件精确插补器输入。 第三种 CNC 系统需要快速计算出刀具轨迹。具有多轴（坐标）控制的机床，需要 装备专用的 CPU 的多微处理器机构来完成算术运算。位片式处理器的 I/O 处理器用加减